09-Akustika - eBooks na SŠT AGC as

Transkript

Ing. Stanislav Jakoubek
Číslo DUMu
1
2
3
4
5
6
7
8
Název DUMu
Vymezení pojmu akustika
Vznik a druhy zvuku
Šíření zvuku
Vlastnosti zvuku
Infrazvuk, ultrazvuk
Základy fyziologické
akustiky
Základy hudební akustiky
Ochrana před škodlivými
účinky zvuku
Střední škola technická AGC, a.s.



Je speciálním oborem nauky o mechanickém
vlnění
Zabývá se ději, které probíhají při vzniku,
šíření a vjemu zvuku
Zahrnuje tedy studium zdroje zvuku,
prostředí, kterým se zvuk šíří a přijímače
zvuku (nejčastěji lidské ucho)


Zvuk je mechanické vlnění, které vnímáme
sluchovým orgánem
Širší pojetí: zahrnuje i zvukové vlny, které
jsou mimo obor slyšitelných frekvencí
(ultrazvuk a infrazvuk)






Fyzikální akustika – vznik zvuku ve zdrojích, šíření
zvuku, odraz zvuku, pohlcování, …
Fyziologická akustika – vznik zvuku v hlasivkách a
jeho vnímání uchem
Hudební akustika – zkoumá zvuky a jejich
kombinaci se zřetelem na potřeby hudby
Stavební akustika – zkoumá podmínky dobrého
poslechu řeči i hudby v obytných místnostech,
koncertních sálech, …
Elektroakustika – záznam, reprodukce a šíření
zvuku
…

[1] BEDNAŘÍK, Milan; KUNZOVÁ, Vlasta; SVOBODA,
Emanuel. Fyzika II pro studijní obory SOU. Praha: Státní
pedagogické nakladatelství,n.p., 1986, ISBN 14-209-86.



Může jím být každé chvějící se těleso (tj.
těleso, ve kterém vzniklo stojaté vlnění)
Hudební nástroje, ladičky, hlasivky, chvějící
se součástky strojů, motory, …)
U hudebních nástrojů: struny, tyče, desky,
membrány, vzduchové sloupce



Napjaté pevné vlákno upevněné na obou
koncích
Rozechvívání: smyčcem (housle, viola, basa),
drnkáním (harfa, kytara), nárazem (klavír,
cimbál)
Po rozechvění se oběma směry šíří postupné
příčné vlnění, které se odrazí od konců a
interferuje; vzniká stojaté příčné vlnění



Pevné pružné těleso, které je schopno se
rozechvět bez působení vnější napínací síly
Mohou chvět příčně i podélně (závisí na
způsobu rozechvívání)
Použití: xylofon, ladička (příčné vlnění),
bručení transformátoru (podélné vlnění)



Tyč zahrnutá do tvaru
písmene U
Tvar způsobuje, že se
rychle utlumí vyšší
harmonické kmity a ladička
vydává jen základní tón
Tón se zesiluje upevněním
na rezonanční skříňku
Pozorujeme:
• Rezonance
ladičky
• Chvění
ladičky při
vydávání
zvuku



Rozechvívá se smyčcem nebo nárazem
Vlnění se šíří všemi směry, odráží se od krajů
a interferencí vzniká stojaté vlnění (tedy
včetně uzlů a kmiten)
V místech s nulovou výchylkou amplitudy
kmitání (tedy v uzlech) vznikají uzlové čáry



Vzniknou vizualizací uzlových čar
Pokus: posypeme desku jemným pískem a
rozechvějeme ji. Některá místa kmitají víc,
jiná méně a některá vůbec. Díky tomu se
„poskakující písek“ sesype do uzlových čar
Jejich tvar závisí na místě upevnění desky, na
místě rozechvívání, na jejím tvaru, …
• Přímo z
Chladniho
knihy
„Akustika“
• Německý fyzik a
hudebník
• Bývá nazýván otcem
akustiky
• Průkopník při studiu
meteoritů
• Citát: „Tento muž
zviditelnil tóny.“
(Napoleon Bonaparte)





Tenké desky nebo napjaté blány upevněné
na okrajích
Vlastní kmity jsou silně tlumené, proto
mohou rezonovat v širokém spektru
frekvencí
Reprodukce zvuku v mikrofonech, v
reproduktorech, v hudbě (bubny)
Zvon – prohnutá deska, jejíž tloušťka ubývá
od středu ke kraji
Ušní bubínek – tenká blána
1.Hlava
2.Koruna
3.Čepec
4.Rameno
5.Krk
6.Lem
7.Ret
8.Ústa
9.Srdce
10.Věnec


Trubice, v nichž se vzduchový sloupec uvádí
do podélného chvění foukáním proti ostré
hraně zvané ret (retná píšťala) nebo chvěním
pružného jazýčku (jazýčková píšťala)
Ret neb jazýček mají funkci zdroje kmitů a
vzduchový sloupec funkci rezonátoru a
zesilovače zvuku
a)Otevřená
b)Uzavřená
Na rtu vznikají kmity
různé frekvence, ale
vzduchový sloupec
zesiluje rezonancí jen
jeden tón, na jehož
frekvenci je naladěn.
• Flétna, pikola,
varhany



Zdrojem zvuku je chvění jazýčku, který
střídavě otevírá a zavírá otvor do
vzduchového sloupce
Klarinet, hoboj, saxofon,…
U některých nástrojů je jazýček zastoupen
sevřenými hudebníkovými rty (trubka)



Zvuky můžeme dělit podle povahy zvukového
vjemu
Nehudební zvuky
Hudební zvuky




Hluk, šum
Způsobeny nepravidelnými mechanickými
rozruchy
Některé souhlásky (např. s, r, …)
Praskání, šramot, bouchnutí, vrzání, …





Tóny
Způsobeny periodickým chvěním
Zvuky hudebních nástrojů a samohlásek
Jednoduchý tón – má sinusový průběh
Složený tón – periodický tón složitějšího
průběhu











[1] BEDNAŘÍK, Milan; KUNZOVÁ, Vlasta; SVOBODA, Emanuel. Fyzika II pro studijní obory SOU. Praha: Státní
pedagogické nakladatelství,n.p., 1986, ISBN 14-209-86.
[2] AUTOR NEUVEDEN. fyzweb [online]. [cit. 24.5.2013]. Dostupný na WWW:
http://fyzweb.cz/materialy/videopokusy/POKUSY/CHLADNI/INDEX.HTM
[3] CHLADNI, Ernst. wikipedia.cz [online]. [cit. 24.5.2013]. Dostupný na WWW:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Chladini.Diagrams.for.Quadratic.Plates.svg
[4] AUTOR NEUVEDEN. wikipedia.cz [online]. [cit. 24.5.2013]. Dostupný na WWW:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Echladni.jpg
[5] WOLLSCHAF. wikipedia.cz [online]. [cit. 24.5.2013]. Dostupný na WWW:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Stimmgabel.jpg
[6] ALEXANDROV, Oleg. wikipedia.cz [online]. [cit. 24.5.2013]. Dostupný na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Drum_vibration_mode03.gif?uselang=cs
[7] QUADELL. wikipedia.cz [online]. [cit. 24.5.2013]. Dostupný na WWW:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Parts_of_a_Bell.svg
[8] CRALIZE. wikipedia.cz [online]. [cit. 31.5.2013]. Dostupný na WWW:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Bongo.jpg
[9] BULLY 1. wikipedia.cz [online]. [cit. 31.5.2013]. Dostupný na WWW:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Djembe2.jpg
[10] WAJDA, Pawel. wikipedia.cz [online]. [cit. 31.5.2013]. Dostupný na WWW:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Drumkit.jpg
[11] TECHMANIA. Vznik a druhy zvuku [online]. [cit. 31.5.2013]. Dostupný na WWW:
http://www.techmania.cz/edutorium/art_exponaty.php?xkat=fyzika&xser=416b757374696b61h&key=661




V kapalinách a v plynech jako postupné vlnění
podélné
V pevných látkách jako postupné vlnění
podélné i příčné
Nutná podmínka šíření zvuku: pružné
prostředí
V nepružném prostředí (vlna, korek, plsť, …)
– špatné šíření – zvukové izolátory

Má všechny vlastnosti vlnění v prostoru
v
  vT 
f
Rozsah vlnových délek a frekvencí
pro zvuk
Vlnová délka
21 m – 17 mm
Frekvence
16 Hz – 20 kHz

Závisí na druhu a hustotě prostředí a na
teplotě t.
vt  kt  v0
v0  331,6m.s 1 ; k  0,6m.s 1.K 1
Zvýšením teploty o 1°C se zvýší rychlost
zvuku průměrně o 0,6 m.s-1.
Pro odhad bereme většinou rychlost zvuku
340 m.s-1; To odpovídá rychlosti zhruba při
teplotě 15°C


V kapalinách a v pevných látkách je rychlost
zvuku větší, než ve vzduchu (například ve
vodě je 1440 m.s-1, ve dřevě 4000 m.s-1, v
oceli 5000 m.s-1)
Ve vzduchu urazí zvuk 1 km přibližně za 3 s
1
s  v.t  340.3m.s  1020m  1km




Nastává na rozhraní dvou prostředí o různé
hustotě
Odraz zvuku na velké překážce (například na
skalní stěně, na velké budově, …)
Může vznikat ozvěna nebo dozvuk
Důležitá vlastnost slyšení: Sluchem můžeme
rozlišit dva krátké zvuky následující po sobě
tehdy, je-li mezi nimi časový interval alespoň
0,1 s.


Dostane-li se zvukové vlnění od zdroje k
překážce a zpět za 0,1 s (nebo déle),
vnímáme odražený zvuk jako samostatný
zvukový vjem – vzniká ozvěna
Minimální vzdálenost překážky:
1
l  v.t  340m.s .0,05s  17 m




Čas 0,1 s potřebujeme (přibližně) k vyslovení
jedné slabiky  vzniká jednoslabičná ozvěna
Při vzdálenosti stěny n.17 m (n=1,2,3,4,…)
vznikne ozvěna n-slabičná
Pokud je několik překážek, na kterých se
může zvuk odrážet, pak při jejich vhodné
vzdálenosti vnímáme po sobě odrazy téhož
zvuku
Např.: V Teplických skalách (u Broumova) lze
slyšet trojnásobnou sedmislabičnou ozvěnu





Když je překážka blíž, než 17 m, vzniká dozvuk
Projeví se například prodlužováním konců slov
nebo zvýšením hlasitosti (zpoždění do 0,02 s)
Řeč může být až nesrozumitelná (známe např. z
rozhlasu v nádražních halách) – při zpoždění
větším, než 0,05 s
Dozvuk slyšíme dobře v prázdném pokoji
S dozvukem je třeba počítat při projektování
konferenčních a hudebních sálů, rozhlasových
studií, továrních hal, …


Vzniká za předměty, které mají rozměry
srovnatelné nebo menší, než je vlnová délka
zvukové vlny
Je-li překážka oproti vlnové délce veliká,
vzniká za ní akustický stín

Zvukové vlnění (jako každé jiné vlnění)
interferuje
Při skládání dvou
vlnění s mírně
odlišnými
frekvencemi
vznikají rázy
(zázněje). V
tomto případě
tzv. akustické
rázy.
Rezonátor – ladička,
do které klepneme.
Oscilátor – ladička u
stojanu
Pokud je vlastní
frekvence oscilátoru
stejná (v ideálním
případě), jako u
rezonátoru, dochází k
největšímu přijímání
energie (tedy k
rezonanci).

Jak dlouhá je otevřená a krytá
píšťala se základním tónem
440 Hz při teplotě 0°C?
v 331,6
 
m  0,75m
f
440
Otevřená:
Krytá:

0,75
l  
m  0,38m
2
2

0,75
l  
m  0,19m
4
4

Za jak dlouho uslyšíme výbuch ze vzdálenosti
1,7km, počítáme-li rychlost zvuku 340 m.s-1?
s  1,7 km  1700m, v  340m.s 1 ; t  ?
s 1700
t 
s  5s
v 340

[1] BEDNAŘÍK, Milan; KUNZOVÁ, Vlasta;
SVOBODA, Emanuel. Fyzika II pro studijní obory
SOU. Praha: Státní pedagogické
nakladatelství,n.p., 1986, ISBN 14-209-86.




Výška
Barva
Intenzita
Hlasitost




Je dána jeho frekvencí
Čím vyšší je frekvence chvění zdroje zvuku,
tím větší je výška zvuku
U jednoduchého tónu (sinusový průběh)
určuje frekvence absolutní výška tónu
U složeného tónu je výška dána základní (tj.
nejnižší) frekvencí f0




Absolutní výšku tónu většinou přímo uchem
neurčíme
Zavádíme relativní výšku tónu – je dána
poměrem frekvence daného tónu a frekvence
tónu základního
Základní tón v hudební akustice: a1; f=440 Hz
V technické praxi: f=1 kHz




Umožňuje rozlišit tóny stejné výšky z různých
zdrojů (např. z různých hudebních nástrojů)
Výsledný tón je složen ze základní frekvence
fz (udává výšku) a z vyšších harmonických
tónu s frekvencemi fn=nfz, kde n=2,3,4,… .
Amplitudy vyšších harmonických tónů jsou
různé, ale výrazně menší, než amplituda
základního tónu
Některé nástroje vydávají navíc i jiné tóny,
než násobky tónu základního

U hudebních nástrojů tvarem a materiálem
rezonanční skříňky




Zvukové vlny vycházející ze zdroje způsobuji
periodické zhušťování a zřeďování okolního
pružného prostředí
Šíření zvuku je tedy provázeno tlakovými
změnami, které vnímá sluchový orgán
Práh slyšení: nejnižší tlaková změna, která
vyvolá sluchový vjem; přibližně 10-5 Pa
Práh bolesti: nejvyšší tlaková změna, při které
ještě nevzniká v uchu pocit bolesti; přibližně
100 Pa







Závisí na velikosti tlakových změn
Zvuková energie dopadající na jednotku
plochy za jednotku času
Jednotka: W.m-2
Rozsah intenzity zvuku, kterou slyšíme (pro
f=1 kHz): od I0=10-12 W.m-2 do I=10 W.m-2
Od prahu slyšení do prahu bolesti
Rozsah vnímání je tedy 13 řádů
Výhodnější je zavést logaritmickou stupnici –
hladinu intenzity zvuku
I
B  10 log
I0
Jednotka: bel … B; stupnice má rozsah 13
belů.
V praxi: jednotka desetkrát menší – decibel …
dB; rozsah stupnice je tedy 130 dB.
Práh slyšení: B = 0 dB
Práh bolesti: B = 130 dB


Stupnice je logaritmická při desetinásobném
zvýšení intenzity zvuku se hladina intenzity
zvýší o 10 dB, při stonásobném zvýšení
intenzity zvuku vzroste hladina o 20 dB atd.
Nejmenší rozdíl hladiny intenzity, který
sluchem postřehneme: zhruba 1 dB (proto se
ten decibel zavedl  )
Veličina se dá zavést i pomocí tlaků.
p
B  20 log
p0
p0 – nejnižší tlak, který ucho
zaznamená jako sluchový vjem
Jednotka: decibel … dB
Zvuk
Práh slyšení
Hladina intenzity
0 dB
Tikot hodinek u ucha
10 dB
Šepot
30 dB
Tichý hovor
40 dB
Hlasitý hovor ve vzdálenosti 1 m
50 dB
Pouliční hluk při silném provozu
80 dB
Motocykl
90 dB
Sbíječka a velmi silná hudba
100 dB
Letecký motor ve vzdálenosti 10 m
120 dB
Práh bolesti
130 dB
Ucho není citlivé
stejně na všechny
frekvence.
Dva zvuky o
stejné akustické
intenzitě s různou
frekvencí
vnímáme různě
hlasité (přestože
akustický tlak je
stejný).
Největší citlivost
je kolem 3 kHz.

Vypočtěte vlnovou délku tónu a1, který
vydává ladička při teplotě 15°C.
t  15C , f  440 Hz;   ?
v kt  v0 0,6.15  331,6
 

m  0,774m
f
f
440
Jaké vlnové délky zvuku odpovídají mezím
slyšitelnosti při teplotě vzduchu 20°C ?

t  20C , f DM  16 Hz, f HM  20kHz  20000 Hz;   ?
DM
HM
v kt  v0 0,6.20  331,6
 

m  21,475m
f
f DM
16
v kt  v0 0,6.20  331,6
 

m  0,01718m  17,18mm
f
f HM
20000

Vyjádřete relativní výšku dvou tónů pomocí
vlnových délek.
v
v
1  , 2 
f1
f2
v
1
1 f 2
f1 vf 2




v
2
vf1
2 f1
f2




[1] BEDNAŘÍK, Milan; KUNZOVÁ, Vlasta; SVOBODA, Emanuel. Fyzika II
pro studijní obory SOU. Praha: Státní pedagogické nakladatelství,n.p.,
1986, ISBN 14-209-86.
[2] TECHMANIA. Hlasitost [online]. [cit. 31.5.2013]. Dostupný na
WWW:
http://www.techmania.cz/edutorium/art_exponaty.php?xkat=fyzika
&xser=416b757374696b61h&key=965
[3] LANGE, Christoph. wikipedia.cz [online]. [cit. 3.6.2013].
Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Bass-undprimgitarre.jpg
[4] TECHMANIA. Intenzita zvuku [online]. [cit. 3.6.2013]. Dostupný
na WWW:
http://www.techmania.cz/edutorium/art_exponaty.php?xkat=fyzika
&xser=416b757374696b61h&key=607



Víme: člověk vnímá sluchem zvukové vlnění v
rozmezí frekvencí od 16 Hz do 20000 Hz
Infrazvuk: vlnění o menší frekvenci
Ultrazvuk: vlnění o vyšší frekvenci




Je vymezen pouze přibližně
Spodní hranice: mezi 0,001 Hz až 0,2 Hz
Horní hranice: 16 Hz (někdy se udává 20 Hz)
Některá zvířata (velryby, sloni, hroši,
nosorožci, okapi, aligátoři) používají
infrazvuk k dorozumívání (nízké frekvence 
velké vlnové délky  mohou se šířit poměrně
nerušeně i několik kilometrů)





Otřesy a záchvěvy půdy, sopečná činnost
Otřesy budov vyvolané těžkými dopravními
prostředky (vlastní frekvence kmitů budov
spadá do této oblasti  rezonance)
Bouře
Větrné elektrárny (cca 70 dB v oblasti
infrazvuku)
Aerodynamický infrazvuk dopravních
prostředků (otevřené okno ve vlaku – může
„zalehnout“ v uších)




Při vysoké intenzitě může způsobit závratě
nebo infarkt
Tlak v uších („zalehnutí“)
Frekvence kolem 7 Hz jsou blízko mozkovým
α vlnám; má vliv na pohodu a soustředění
Uvažovalo se o použití infrazvuku jako
biologické zbraně (zásadní nevýhoda:
ovlivňoval i obsluhu  )




V přírodě za normálního stavu (bez bouří
atd.; tzv. hluk pozadí): 80 dB – 90 dB
Při bouřích, přechodech front … až 120 dB
Při otevření okének a současné změně
laminárního obtékání kabiny na turbulentní
ve vlaku při rychlé jízdě (nad 80 km.h-1: 130
dB, výjimečně 140 dB (za prahem
bolestivosti!!)
…


Velká frekvence  malá vlnová délka 
mohou se šířit ve tvaru úzkých paprsků
(podobně, jako světlo)
Mohou se zaostřovat, odrážet, lámat, …,
přičemž platí zákony analogické s
geometrickou optikou









Sonografie
Echolokace
Čištění ultrazvukem
Ultrazvukové zvlhčování vzduchu
Ultrazvuková defektoskopie
Měření tloušťky materiálů
Sterilizace vody, mléka, …
Ultrazvuková liposukce
…

Ultrazvukové vlny s frekvencemi 1 MHz až 18
MHz procházejí tělem a odrážejí se od
přechodů mezi tkáněmi
Vyšetření plodu
ultrazvukem.


Zjišťování polohy a vzdálenosti těles pomocí
ultrazvuku
Využívají i některá zvířata (netopýři, kytovci)
Měření hloubky moře





Založeno na principu tzv. kavitace
(mechanické narušování povrchu prudkým
nárazem kapaliny na předmět)
20 až 40 kHz – rychlé čištění velkých nečistot
40 až 70 kHz – jemnější čištění
70 až 200 kHz – velmi jemné čištění,
například optiky
Poznámka: čištění brýlí ultrazvukem


Rychlé vibrace destičky ponořené do vody
generují mlhu
Frekvence destičky řádově MHz generuje
kapičky o velikosti řádově μm

Vypočtěte hloubku moře v místě, ve kterém
se ultrazvukový signál vyslaný z lodi ke dnu
vrátil zpět za 0,6 s. Rychlost zvuku ve vodě je
1500 m.s-1.
1
t  0,6 s, v  1500m.s ; h  ?
t
0,6
h  v  1500.
m  450m
2
2







[1] BEDNAŘÍK, Milan; KUNZOVÁ, Vlasta; SVOBODA, Emanuel. Fyzika II pro studijní obory
SOU. Praha: Státní pedagogické nakladatelství,n.p., 1986, ISBN 14-209-86.
[2] AUTOR NEUVEDEN. Infrazvuk [online]. [cit. 4.6.2013]. Dostupný na WWW:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Infrazvuk
[3] TECHMANIA. Infrazvuk [online]. [cit. 4.6.2013]. Dostupný na WWW:
http://www.techmania.cz/edutorium/art_exponaty.php?xkat=fyzika&xser=416b757374
696b61h&key=672
[4] TECHMANIA. Ultrazvuk [online]. [cit. 4.6.2013]. Dostupný na WWW:
http://www.techmania.cz/edutorium/art_exponaty.php?xkat=fyzika&xser=416b757374
696b61h&key=985
[5] AUTOR NEUVEDEN. Ultrazvuk [online]. [cit. 4.6.2013]. Dostupný na WWW:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Ultrazvuk
[6] RASCHKA, Achim. wikipedia.cz [online]. [cit. 4.6.2013]. Dostupný na WWW:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Praenatal.png
[7] BONECO-CR. Ultrazvukové zvlhčovače [online]. [cit. 4.6.2013]. Dostupný na WWW:
http://www.boneco-cr.cz/zdrave-dychani/zvlhcovace-vzduchu/


Zdroj zvuku: hlasivky
Přijímač zvuku: ucho





Tvoří se v hrtanu mezi dvěma hlasovými vazy
– hlasivkami
Mezi nimi je úzká hlasová štěrbina, kterou
prochází vzduch
Proud vzduchu z plic rozechvívá okraje
hlasivek
Vzniklé tóny se zesilují rezonancí dutiny
ústní, hrudní a nosohrtanové
Kratší hlasivky (12 mm, ženy; děti) – vyšší
základní tón, v delších (18 mm, muži) – nižší
základní tón



Výškový rozsah hlasu je cca 2 oktávy; u
různých lidí v různých polohách
Bas (85 – 320 Hz), tenor (130 – 435 Hz), alt
(170 – 640 Hz), soprán (260 – 870 Hz)
Výška se řídí napětím hlasivek, síla tlakem
vzduchu vyháněného z plic, barva změnami v
ústní dutině




Nejvíc energie hlasu připadá na střední
frekvence (kolem 500 Hz)
Jen velmi malá část na frekvence 1000 – 5000
Hz
Tyto vysoké frekvence jsou důležité pro
srozumitelnost (pokud v reprodukované řeči
chybí, je řeč nesrozumitelná)
Pokud chybí nízké frekvence (pod 500 Hz), je
reprodukovaný hlas tišší, ale srozumitelný




Nejnižší tón má hláska a; obsahuje téměř jen
základní frekvenci (Poznámka: všimněte si
písňových textů, kde se do toho zpěvák
„opře“  )
Nejvyšší frekvenci má hláska i
f, s – vysoký podíl vyšších harmonických
kmitů; zní jako šelesty; blíží se nehudebním
zvukům
Ostatní souhlásky (například b, k) –
krátkodobé nepravidelné zvuky



Vnější ucho – boltec (zachycuje zvukové vlny
a stíní zvuky přicházející zezadu), zvukovod
(zvuk se vede na 0,1 mm tenkou asi 1 cm
velkou pružnou blanku – bubínek)
Střední ucho – 3 pružné kůstky (kladívko,
kovadlinka, třmínek) – snižují amplitudu
výchylky akustických kmitů a převádějí je k
systému vnitřního ucha
Vnitřní ucho – je vyplněno kapalinou;
obsahuje vlastní sluchový orgán (Cortiho
orgán), který obsahuje sluchové buňky





Boltec zachytí zvukovou vlnu; ta se dostane
na bubínek
Energie vlnění se pomocí kůstek ve středním
uchu přenese na kapalinu ve vnitřním uchu
Zde vznikne stojaté vlnění, které rezonancí
rozkmitává jemná vlákna sluchového nervu
Nejvíce se rozkmitá vlákno, jehož vlastní
frekvence je stejná, jako frekvence
dopadajícího vlnění
Sluchový vjem se pomocí elektrických
impulsů přenáší do nervové soustavy




[1] BEDNAŘÍK, Milan; KUNZOVÁ, Vlasta; SVOBODA, Emanuel.
Fyzika II pro studijní obory SOU. Praha: Státní pedagogické
[2] TECHMANIA. Základy fiziologické akustiky [online]. [cit.
4.6.2013]. Dostupný na WWW:
http://www.techmania.cz/edutorium/art_exponaty.php?xkat
=fyzika&xser=416b757374696b61h&key=674
[3] BROCKMANN, Chittka L.. wikipedia.cz [online]. [cit.
4.6.2013]. Dostupný na WWW:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Anatomy_of_the_Human
_Ear_cs.svg
[4] GRAY. wikipedia.cz [online]. [cit. 15.4.2014]. Dostupný na
WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gray956.png



V hudbě užíváme jen některé tóny
Jejich relativní výšky jsou dány určitými čísly
Relativní výšku (neboli poměr dvou
absolutních výšek) vnímá ucho jako hudební
interval



Je základním hudebním intervalem
Je to interval mezi tóny, jejichž poměr
frekvencí je 2:1 (tedy že druhý tón má
dvojnásobnou frekvenci, než tón první)
Například 3 kHz a 6 kHz; 20 Hz a 40 Hz, …
(libovolná frekvence a její dvojnásobek)
Interval
Poměr frekvence
Oktáva
2:1
Kvinta
3:2
Kvarta
4:3
Velká tercie
5:4
Malá tercie
6:5
Velký celý tón
9:8
Malý celý tón
10:9
Velký půltón
16:15
Malý půltón
25:24




Konsonantní (libozvučné) intervaly – až po
malou tercii
Disonantní (nelibozvučné) intervaly – ty
ostatní
Souzvuk je tím libozvučnější, čím menšími
celými čísly je dán poměr frekvencí
Názor na libozvučnost a nelibozvučnost se v
průběhu historie (a také v různých kulturách)
měnil


Soubor tónů s definovanými intervaly
vzhledem k základnímu tónu
Příklad: diatonická stupnice dur (tvrdá)
8 tónů oktávy stupnice dur
kvinta
velká
sexta
velká
septi
ma
oktáva
f
g
a
h
c1
4/3
3/2
5/3
15/8
2
Název
pri
ma
seku
nda
velká
tercie
kvarta
Označení
c
d
e
Relativní
výška
1
9/8
5/4



Od 16 Hz do 4000 Hz
Rozloženy do osmi po sobě jdoucích oktáv
Zahrajeme-li po sobě dva sousední tóny
stupnice, vnímá sluch jejich interval stejně, ať
zní v kterékoliv oktávě


U klávesových nástrojů
Celá oktáva se dělí na 12 stejných půltónů s
intervalem:
12
2  1,059463


[1] BEDNAŘÍK, Milan; KUNZOVÁ, Vlasta; SVOBODA, Emanuel.
Fyzika II pro studijní obory SOU. Praha: Státní pedagogické
[2] AUTOR NEUVEDEN. pianoforte.cz [online]. [cit. 6.6.2013].
Dostupný na WWW: http://pianoforte.cz/cs/pevnezaklady/sedm-a-pul-oktavy




Zvuk tvoří významnou složku životního
prostředí
Dopravní hluk – silniční, železniční, letecký
Hluk z ostatních umělých zdrojů – z
průmyslu, ze zemědělských aktivit, z
provozoven (diskotéky, hospody, …), z
domácností (spotřebiče), ze zařízení domů
(klimatizační systémy, výtahy, …)
Hluk z přírodních zdrojů – voda, vítr, …




Úplné ticho – velmi vzácný úkaz
Dlouhodobý pobyt v naprostém tichu působí
na psychiku – může způsobit deprese
Dlouhodobý pobyt v prostředí nad 70 dB je
zdraví škodlivý
Způsobuje únavu, stres, zpomaluje reakce, u
některých lidí bolesti hlavy, nevolnost, …


Dlouhodobý pobyt v prostředí nad 80 dB
může způsobit poškození sluchu
Snižuje schopnost slyšet slabé zvuky – člověk
se stává nedoslýchavým  předepsány
chrániče sluchu








Tlumiče na výfukovém potrubí
Dálnice a letiště mimo obydlená území
Omezení vibrací strojů
Mazání třecích ploch
Antivibrační nátěry (brání kmitání plechů)
Zvuková izolace
Protihlukové bariéry
…



Při dopadu zvuku na překážku dochází
částečně k jeho pohlcení (absorpci) a
částečně k jeho odrazu
Poměr pohlcení a odrazu závisí na druhu
obou prostředí a na frekvenci zvukových vln
(nižší frekvence se pohlcují méně)
Například: vzduch – voda: 99,9 % odráží a 0,1
% pohlcuje; voda – ocel: 13 % odráží, 87 %
pohlcuje
I0  I
a
I0
I0 – intenzita dopadajícího
vlnění
I – intenzita odraženého
vlnění
Koeficient absorpce při frekvenci 512 Hz
Koeficient
absorpce
Materiál
Koeficient
absorpce
Mramor
0,010
Dřevěná podlaha
0,10
Beton
0,015
Linoleum
0,12
Sklo
0,027
Obrazy
0,28
Omítnutá stěna
0,025
Koberce
0,29
Neomítnutá stěna
0,032
Plyš
0,59
Celotex
0,64
Materiál
Stěna obložená
dřevem
0,10
n
A   ai Si
i 1
ai – koeficient absorpce plochy
Si - plocha
Poznámka: absorpční koeficient a otevřeného okna se
rovná 1 (vlnění se od něj neodráží)  jeho celková
absorpce se rovná jeho ploše  absorpce otevřeného
okna s plochou 1m2: A=1m2.
Díky tomuto poznatku se jednotka celkové absorpce
nazývá otevřené okno. Rozměr je m2.

Při určování celkové absorpce je nutno
započítat i absorpci osobami v místnosti,
nábytkem, …
Absorpce A
Člověk
0,42 m2
Dřevěná židle
0,01 m2
Čalouněné křeslo
0,09 – 0,28 m2





[1] BEDNAŘÍK, Milan; KUNZOVÁ, Vlasta; SVOBODA, Emanuel. Fyzika II pro
studijní obory SOU. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, n.p., 1986, ISBN 14209-86.
[2] AUTOR NEUVEDEN. manutan.cz [online]. [cit. 5.6.2013]. Dostupný na
WWW: http://www.manutan.cz/chranicesluchu_c_Main120518411859.html?utm_medium=cpc&utm_source=adwords
&utm_campaign=20-Safety-of-work&gclid=CPWur8erzLcCFbMbtAod_nIA0Q
[3] TECHMANIA. Základy fyziologické akustiky [online]. [cit. 5.6.2013].
Dostupný na WWW:
http://www.techmania.cz/edutorium/art_exponaty.php?xkat=fyzika&xser=4
16b757374696b61h&key=674
[4] JEDLIČKA, Jiří. Protihlukové stěny [online]. [cit. 5.6.2013]. Dostupný na
WWW: http://www.cdv.cz/file/seminar-skanska-protihlukove-steny/
[5] TECHMANIA. Absorpce zvuku [online]. [cit. 5.6.2013]. Dostupný na WWW:
http://www.techmania.cz/edutorium/art_exponaty.php?xkat=fyzika&xser=4
16b757374696b61h&key=294

09-Akustika - eBooks na SŠT AGC as

Transkript

Podobné dokumenty

AGC APLIKACE

01-Fotometrie - eBooks na SŠT AGC as

Fyzika elektronového obalu

Pozvánka IaSM 2014

Technický list Alpina Standard

1. Zvuk, jeho vlastnosti a šíření

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

prezentace - Fyzika GJVJ